Introduktion
Moderne bygningsreglementer og sikkerhedsstandarder kræver, at byggematerialer ikke kun er strukturelt sikre, men også brandsikre. Træ, et gennemprøvet byggemateriale, har mange fordele, men indebærer også risici, da det kan antændes af small varmekilder som f.eks. gnister, der frigiver røggasser.
Da indånding af røg er den mest almindelige dødsårsag ved brande, og tæt røg gør det vanskeligt at orientere sig og flygte, er det vigtigt at analysere træets brandadfærd og røgudvikling.
Omfattende brandtest og certificering er påkrævet for at bekræfte træets egnethed som byggemateriale ud fra dette synspunkt.
Målebetingelser
For at undersøge reaktionen på ild blev prøver af grantræ (100 x 100 x 17 mm³) testet i NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter. Dette apparat registrerer varmeafgivelseshastigheden (HRR), massetabet samt densiteten og sammensætningen af de resulterende røggasser.
Træprøverne blev anbragt på en vandret prøveholder monteret på en vejecelle for løbende at registrere massetabet under målingen. En elektrisk varmekegle opvarmede prøverne ovenfra og satte gang i pyrolysen af træet. Når der var frigivet tilstrækkeligt med pyrolysegasser, blev de antændt af en gnisttænder. De resulterende forbrændingsgasser strømmede gennem varmekeglen og blev opsamlet af et udstødningssystem.
Massestrømmen, røggassens temperatur og koncentrationerne af O₂, CO₂ og CO blev målt kontinuerligt i udstødningssystemet. Desuden blev røgtætheden bestemt ved transmission af laserlys. Gasanalysatoren (Siemens Oxymat/Ultramat) blev kalibreret før målingerne, og C-faktoren1 blev kontrolleret ved hjælp af en metanbrænder. Målebetingelserne er opsummeret i tabel 1.
Efter opvarmning af varmekeglen blev lukkeren lukket, og den forberedte prøveholder blev placeret på bundpladen. Målingen blev startet ved automatisk åbning af lukkeren, og de frigjorte gasser blev antændt af det automatiske tændingssystem. Figur 2 viser prøveforberedelsen og måleopsætningen.
1C-faktoren er en vigtig kalibreringsparameter i keglekalorimetri, defineret i overensstemmelse med ISO 5660-1. Den fungerer som en konstant til nøjagtig bestemmelse af varmeafgivelseshastigheden (HRR) ved at etablere forholdet mellem signalet fra iltanalysatoren og den faktiske varmeenergi, der frigives.
Tabel 1: Målebetingelser
| Prøveholder | Vandret |
| Varmestrøm | 50 kW/m2 |
| Nominel strømningshastighed | 24.0 l/s |
| Afstand til keglevarmeren | 25 mm |
2) Prøveforberedelse og måleopsætning
Resultater af målinger
Figur 3 viser massetabet for de tre træprøver over tid under forbrændingen. Umiddelbart efter antændelsen sker der et hurtigt massetab på grund af forbrændingen af flygtige komponenter som vand og letantændelige organiske stoffer. Når flammen er slukket, begynder en langsom glødeproces, som resulterer i et mindre, kontinuerligt massetab.
Figur 4 viser forløbet af prøveemnernes varmeafgivelseshastighed (HRR)2 . Umiddelbart efter antændelsen stiger HRR for alle prøver kraftigt og når et maksimum på ca. 170 kW/m2. Efterhånden som de letantændelige komponenter forbruges, falder HRR markant, hvilket indikerer en mindre intens forbrænding. Dette indikerer også, at de flygtige stoffer stort set er forbrugt, og at forbrændingen af de faste rester (trækul) er dominerende. En yderligere stigning i HRR, lige før flammen slukkes, er typisk for træ og skyldes, at trækulslaget brydes op og frigiver mere flygtige komponenter, som derefter forbrændes. Efter ca. 20 minutter stabiliserer værdierne sig på et lavere niveau. Dette indikerer, at det meste af det brændbare materiale er opbrugt, og at der hovedsageligt er forkullede rester tilbage. Disse rester fortsætter med at brænde langsomt og jævnt, hvilket resulterer i en vedvarende, men lav varmeafgivelse.
2 Heat Release Rate (HRR) er et mål for den mængde varme, der frigives pr. tidsenhed under forbrændingen af et materiale(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/da/products/fire-testing/tcc-918)
Et andet vigtigt aspekt af analysen er røgudvikling, som bestemmes ved at måle transmission. Et fald i transmissionen indikerer en stigning i røgtætheden. Figur 5 illustrerer røgmålingerne af prøverne og fremhæver sammenhængen mellem røgproduktion og varmeafgivelse. I begyndelsen er der et udtalt maksimum i røgproduktionshastigheden (SPR), hvilket indikerer hurtig antændelse og frigivelse af large mængder af brændbare gasser og partikler. Denne indledende top falder dog hurtigt, hvilket er karakteristisk for forbrændingen af flygtige komponenter, der hurtigt fører til røgdannelse.
Resultaterne giver værdifuld indsigt i de komplekse forbrændingsprocesser i træ, især med hensyn til massetab, varmeafgivelse og røgdannelse.
Forskellene mellem prøverne er små og kan forklares med naturlige variationer i træet, som f.eks. forskelle i struktur, fugt eller densitet.
Sammenfatning
Kort sagt er træ et værdifuldt og alsidigt byggemateriale med et naturligt udseende, bæredygtighed og mekanisk styrke. Træets brandmodstandsevne forbedres ved dannelsen af et trækulslag, som isolerer træets indre struktur og bremser forbrændingen. Dette trækulslag bidrager til træelementernes dimensionsstabilitet og styrke, så træbygninger kan forblive strukturelt stabile i brande i længere tid end mange andre materialer.
Træets lave Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne reducerer varmeafgivelsen, hvilket understøtter komponenternes dimensionsstabilitet og styrke. Som følge af disse egenskaber forbliver strukturen i træbygninger intakt i længere tid i tilfælde af brand, hvilket forklarer ordsproget blandt brandfolk om, at "træ brænder sikkert". Det er dog vigtigt, at træets brandmodstandsevne undersøges yderligere og optimeres for at sikre sikkerheden og den lange levetid for trækonstruktioner i moderne byggeri.